JP3041135B2 - 連続熱間圧延機の制御装置 - Google Patents
連続熱間圧延機の制御装置Info
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Description
製品の評価基準の一部に板厚がある。この板厚は製品に
おける最も重要な性質の一つであり、従来からゲージメ
ータAGC(Automatic Gauge Con
trol)、MMC(Mill Modulus Co
ntrol)、X線モニタAGC等の板厚制御が行われ
ている。
変形抵抗が小さく、張力が大きいと破断しやすい状態に
ある。そこで、熱間圧延機ではとくにルーパが設けら
れ、このルーパによる張力制御と、材料の通板性を良く
する観点からのルーパ高さ制御とが行われる。
びルーパ高さの制御において、板厚精度を向上させるた
めにロールギャップを操作すると、スタンド間張力が変
動したり、ルーパ高さが変動したりする。また、張力が
変動すれば板厚が変動し、ルーパ高さが変動すれば張
力、および張力を介して板厚も変動する関係にある。
さについて、それらの干渉を抑えることなくPI制御に
よりそれぞれ圧延材張力およびルーパ高さを制御してい
た。
は、板厚、スタンド間張力およびルーパ高さを協調して
制御するべく、2次形式の評価関数により制御ゲインを
決定する、いわゆる、LQ(Linear Quadr
atic)制御を適用する制御方法が示されている。
ジメータAGC等の板厚制御では、板厚に影響する圧延
材の張力の値を使用しないでロールギャップを独立に制
御するため、その操作量が過大になったり、干渉を起こ
したりして、大きなオーバーシュートを伴う応答になる
ことがあった。さらに、張力制御でも板厚やロールギャ
ップの値を使用しないため、張力制御の操作量である圧
延機駆動主電動機の速度変更量が余分に計算され、やは
り大きなオーバーシュートを伴う応答になりやすかっ
た。
評価関数Jの中の重み行列Q,Rと、実際のプロセスの
応答との因果律を見出だすのが難しく、制御系全体の適
当な応答を実現するQ,Rを試行錯誤しながら見付け、
制御ゲインを決定するのが一般的である。
Wはコントローラが制御対象プロセスに与える操作量で
あり、yTはyの転置、WTはWの転置を表す。
御系の設計やプラントの調整には多くの時間が必要であ
る。特に、特開平2−211906号公報に記載された
技術は、スタンド間の移送遅れを一次遅れで近似し、板
厚、張力およびルーパ高さを状態量として考慮している
ため、制御対象プロセスを表現する状態方程式は非常に
高次になるものと考えられる。状態方程式が高次の場
合、Q,Rの調整が難しくなる。
要素として表されるべきものであるが、この技術は一次
遅れで近似しているため、モデルの精度の劣化も考えら
れる。さらに、LQ制御理論による方法では、解析的に
解けないリッカチ方程式を数値的に解く必要があり、変
数を含んだ最適制御ゲインの一般式を求めることができ
ない不便さもあった。
を利用する方法では、予め圧延材料の性質や圧延条件に
合わせた制御ゲインを求めてゲインテーブルを作成して
おき、制御ゲイン使用時にそのテーブルを参照する方式
が一般的である。したがって、このゲインテーブルの値
の決定とその維持、管理に多くの手間と時間がかかるこ
とになる。
することは不可能に近く、ゲインテーブルに存在しない
圧延条件等ではこの圧延条件と類似するテーブルからゲ
インを近似せざるを得ないので制御性能の劣化が考えら
れた。
されたもので、オーバーシュートの少ない応答を実現す
ると共に、リカッチ方程式を数値的に解いたり、ゲイン
テーブルを用いたりする必要がなく、かつ、モデルの精
度を維持し得る連続熱間圧延機の制御装置を得ることを
目的とする。
ドに対応してそれぞれ圧延機駆動主電動機の速度を制御
する主機速度制御装置と、ロールギャップを制御するロ
ールギャップ制御装置とを設け、主機速度制御装置に対
する速度指令値およびロールギャップ制御装置に対する
ロールギャップ指令値を、それぞれ圧延材の板厚および
スタンド間張力の干渉系をモデル化したプロセスモデル
を用いて演算する連続熱間圧延機の制御装置であって、
プロセスモデルを表現する変数、圧延材の板厚目標値、
圧延材のスタンド間張力目標値、板厚およびスタンド間
張力の応答を指定するための変数、ならびに、板厚およ
びスタンド間張力の応答を調整するための変数を設定す
る設定手段と、設定された各変数を所定の制御ゲイン演
算式に代入して制御ゲインを数値として求める制御ゲイ
ン演算手段と、演算された制御ゲインを用いて、板厚と
スタンド間張力との相互干渉を小さくしながら、板厚を
板厚目標値に、スタンド間張力をスタンド間張力目標値
に追随させる速度指令値およびロールギャップ指令値を
演算する制御演算手段とを備えている。
ルーパを備え、このルーパ高さを独立したルーパ高さ目
標値に追随するようにルーパ駆動電動機の速度を制御す
るルーパ電動機速度制御装置を備えている。
ンド間張力の干渉系をモデル化したプロセスモデルを用
いると共に、このプロセスモデルを表現する変数や指定
応答を表す変数等を所定の演算式に代入して制御ゲイン
を数値として求め、さらに、これらの制御ゲインを用い
て、板厚とスタンド間張力との相互干渉を小さくしなが
ら、板厚を板厚目標値に、スタンド間張力をスタンド間
張力目標値にそれぞれ追随させるような主機速度制御装
置に対する速度指令値およびロールギャップ制御装置に
対するロールギャップ指令値を演算しているため、圧延
材の板厚および張力の制御に対してロールギャップおよ
び圧延機駆動主電動機が協調して働くため、オーバーシ
ュートの少ない応答を実現することができ、同時に、圧
延材の状態や操業状態の変化に対してリカッチ方程式を
数値的に解いたり、制御ゲインテーブルを用いたりする
必要がなくなる。
値に制御するため、ルーパ高さから張力への干渉が無視
でき、板厚および張力の相互干渉を表すモデルの次数が
小さくなり、これによってモデルの精度を維持すること
ができる。
細に説明する。図1はこの発明の一実施例の構成を、圧
延機と合わせて示したブロック図である。ここでは、第
1スタンド1、第2スタンド2、…、第7スタンド7が
タンデムに配置され、圧延材71はこれらのスタンドで
順次圧延される。この場合、スタンド数nを7としてい
るが、n=5〜7が一般的である。
装置としての圧下装置8〜14と、圧延機駆動主電動機
(以下、主機と言う)15〜21とを有し、さらに、主
機15〜21を速度制御する主機速度制御装置22〜2
8と、圧延荷重検出用のロードセル29〜35とを備え
ている。
を検出する張力検出装置36〜41と、ルーパ42〜4
7と、これを駆動するルーパ駆動電動機(以下、ルーパ
電動機と言う)48〜53とが設けられ、これらのルー
パ駆動電動機に対応してルーパ電動機速度制御装置54
〜59が設けられている。
定するX線板厚計60が設けられ、その測定値に基いて
モニタAGC装置61が板厚を推定するようになってお
り、この推定板厚に基いて第1スタンドの板厚制御装置
62が所望の板厚を得るロールギャップ指令値を演算し
て圧下装置8に加えている。また、第2〜第7スタンド
の各ロードセル30〜35の各検出荷重と、これらのス
タンドの入側の張力検出装置36〜41の検出張力と、
X線板厚計60の測定板厚とに基いて、第2〜第7スタ
ンドのロールギャップ指令値を演算して圧下装置9〜1
4に加え、主機の速度指令値を演算して主機速度制御装
置22〜27に加える制御演算手段63〜68が設けら
れている。
受し、その一方で板厚とスタンド間張力との相互干渉を
小さく抑えるための計算に必要な制御ゲインを制御ゲイ
ン演算手段69から受けている。この制御ゲイン演算手
段69は設定手段70から必要な情報を得て、制御ゲイ
ンを演算する。
設定手段70は圧延材の性質や圧延条件に基いて、制御
ゲインの演算に必要なパラメータ、すなわち、圧延材の
各スタンドの板厚目標値、スタンド間張力目標値、制御
対象プロセスのモデルを表現する変数、板厚とスタンド
間張力を指定するための変数および板厚とスタンド間張
力の応答を調整するための変数を設定して、各設定値を
制御ゲイン演算手段69に加える。
タの値を用いて、詳細を後述する制御ゲインを演算して
制御演算手段63〜68に加える。
ゲインと、第2〜第7スタンドの検出荷重と、これらの
スタンドの入側の検出張力と、X線板厚計60の測定板
厚とに基いて、第1〜第6スタンドの主機速度指令値
と、第2〜第7スタンドのロールギャップ指令値とを演
算し、主機速度制御装置22〜28と圧下装置9〜14
に加える。なお、第7スタンド主機速度は、圧延機全体
の速度基準、いわゆる、ピボットとされ一定速度で制御
されることが多い。そのため、第7スタンドの主機速度
制御装置28は制御の操作端から除外されている。
パ電動機速度制御装置54〜59がそれぞれ独立したル
ーパ高さ目標値と実際の高さとの偏差を小さくするよう
にルーパ電動機48〜53を速度制御している。
に構成されており、説明の簡単化のためにこのうちの一
つに対して、制御対象プロセスモデルをも用いて詳しく
説明する。
タンドおよび第7スタンドについての制御系を示したも
ので、制御演算手段68とその制御対象のモデルとを示
している。ここでは、線形化のために各状態量は定常値
からの変化分Δを用いて表している。
対象のプロセスモデルであり、ブロック82が図1中の
圧下装置14に相当し、圧下装置14の応答を時定数T
HP Cの一次遅れ系で表示している。また、ブロック8
3は図1の主機速度制御装置27に相当し、応答を時定
数TVの一次遅れ系で表している。ブロック84〜87
は圧延現象を影響係数で表したもので、下記の意味を持
っている。
ら板厚Δhi+1までの影響係数 GP1 85:張力Δhfiから板厚Δhi+1までの
影響係数GP2 86:張力Δhfiから圧延材の入側速度ΔVi+1ま
での影響係数GP3 87:ロールギャップΔS0(i+1)から圧延材の入
側速度ΔVi+1までの影響係数GP4 ブロック88は主機速度から圧延材の出側速度への影響
係数、ブロック89は張力発生プロセスにおける張力発
生ゲインと積分器で、ブロック90は張力発生プロセス
におけるフィードバックゲインであり、ブロック89、
90によって張力発生機構をモデル化している。
演算手段68に相当する部分であり、ブロック72〜7
5は積分制御器、ブロック76〜79はフイードバック
制御器、ブロック80は板厚制御系応答を調整する係
数、ブロック80は張力制御応答を調整する係数であ
る。
象プロセスモデルを状態方程式で書くと次式のようにな
る。
分を表し、各記号の上に付した「・」は時間tによる微
分を表す。したがって、例えば、 を意味している。
味している。
ように決定する。これは基本的にはILQ(Inver
se Linear Quadratic)法を用いて
決定する。このILQ法とは、LQ制御問題を逆問題の
観点から解いたもので、「ILQ最適サーボ系設計法の
一般化」藤井隆雄、下村卓共著、システム学会論文誌、
Vol.1,No.6.1988 pp.8〜17に詳
しく記載されている。
スのモデルを用いて、Δhi+1とΔtfを非干渉化す
ることを前提にしてブロック72〜79の制御ゲインを
次のように数式で表すことができる。
s) ωTC:張力制御系の指定応答の遮断周波数(rad/
s) であり、それぞれ所望の値を指定する。
制御系が所望の応答をするように、また、ブロック81
における調整係数σ2は張力制御系が所望の応答をする
ようにそれぞれ決める。一般に、σ1,σ2を大きく設
定すると、速い応答が得られるが、操作量であるロール
ギャップ指令値や主機速度指令値も大きくなるので、あ
まり大きな値は適当ではない。
HPC,TV,E,K10,L,α2,GP1,
GP2,GP3,GP4が制御対象プロセスのモデルを
表現する変数として、ωGC,ωTCが各スタンドの板
厚とスタンド間張力の応答を指定するための変数とし
て、さらに、σ1,σ2が各スタンドの板厚とスタンド
間張力を調整するための変数としてそれぞれ設定手段7
0で設定され、その設定値が制御ゲイン演算手段69に
渡される。
を上記(5)〜(12)式に代入してブロック72〜7
9の制御ゲインを演算し、設定手段70で設定されたσ
1,σ2と合わせて数値として制御演算手段63〜68
に渡す。
ション結果を示す。これは、第6および第7スタンドの
圧延機を模擬したもので、ルーパ高さは一定に制御され
ているものとしている。すなわち、図3(a)は時刻t
=0において、第7スタンド出側板厚目標値h7ref
(mm)を+1(mm)だけステップ状に変更した場合
の第7スタンド出側板厚h7と第6−7スタンド間張力
tf6(kg/mm2)の応答を示す。
7スタンド間張力目標値tf6refを+1(kg/m
m2)だけステップ状に変更した場合の第7スタンド出
側板厚h7と第6−7スタンド間張力tf6(kg/m
m2)の応答を示す。
タンドで入側板厚H7を+1(mm)だけステップ状に
変化させた場合の第7スタンド出側板厚h7と第6−7
スタンド間張力tf6(kg/mm2)の応答を示す。
タンドロールギャップS07(mm)を+1(mm)だ
けステップ状に変化させた場合の第7スタンド出側板厚
h7と第6−7スタンド間張力tf6(kg/mm2)
の応答を示す。
いるゲージメータAGCと、PI制御によるスタンド間
張力制御とをそれぞれ独立に行う制御系に対してシミュ
レーションした結果を図4に示す。
(a)〜(d)が得られたと同様な条件を与えた場合の
ものであり、縦軸の目盛りが異なっている点に注目する
必要がある。
果から明らかなように、板厚と張力とをそれぞれ独立に
制御する従来の方法に比べて、本実施例によるものはオ
ーバシュートが少なく、そのため整定時間も明らかに短
くなっている。
載された方法が、解析的に解けないリッカチ方程式を数
値的に解く必要があるのに対して、本実施例は板厚とス
タンド間張力との干渉系をモデル化し、このモデルを表
現する変数、板厚とスタンド間張力の応答を指定する変
数、その応答を調整する変数をそれぞれ所定の演算式に
代入して制御ゲインを数値として求め、さらに、これら
の制御ゲインを用いてロールギャップ指令値と主機速度
指令値とを演算しているので、圧延材の状態や操業状態
が変化しても設定値を変更するだけで済み、リッカチ方
程式を数値的に解く必要はなく、もちろん制御ゲインテ
ーブルを用いる必要もない。
移送遅れを一次遅れで近似しているため、モデルの精度
に劣化を生じたが、本実施例ではルーパの高さを独立に
制御しているため、ルーパ高さから張力への干渉がなく
板厚と張力との干渉系のモデルの次数が少なくなり、従
って、モデルの精度低下を防止することができる。
板厚をX線板厚計で検出するのみで、第1〜第6スタン
ド出側の板厚を検出していない。しかし、各スタンドの
出側板厚は板厚計を用いなくとも推定することができ
る。
すゲージメータ式で推定できる。
35によって検出され、ミル定数Mは予め測定すること
ができる。
の出側に板厚計が設けられたとき、これよりも下流スタ
ンドの出側板厚を推定することができる。この場合、板
厚検出値をスタンド間の移送時間だけ遅延させ、マスフ
ロー一定則による演算で下流側スタンドの出側板厚を推
定する。例えば、第5スタンドの出側に板厚計が設けら
れておれば、次式によって第6スタンドの出側板厚を推
定する。
の圧延材移送時間(s) S :ラプラス演算子 e−LS:無駄時間 である。
をそれぞれ張力検出装置36〜41で検出したが、スタ
ンド間にルーパが設けられておれば、このスタンド間張
力をルーパ駆動電動機トルクから演算することができ
る。
L、張力によるトルクをTT、スタンド間板重量による
トルクをTW、ルーパの自重によるトルクをTM、ルー
パを加減速させるトルクをTAとすると、これらの間に
次式の関係がある。
…(15) このうち、TL,TW,TM,TAは容易に求められ、
これらから張力によるトルクTTが求められる。従っ
て、この張力によるトルクTTをルーパアームの長さに
よって除算すれば張力が求められる。
にバックアップロールを配置しただけの4重圧延機で、
しかも、これらの圧延機間に設けられたルーパを電動機
で駆動するものを対象としたが、本発明はこれに適用を
限定されるものではなく、中間ロール等を備えた圧延機
であっても、あるいは、ルーパを油圧駆動するものであ
っても本発明を適用することができる。
明によれば、オーバーシュートの少ない応答を実現する
と共に、リッカチ方程式を数値的に解いたり、ゲインテ
ーブルを用いたりする必要がなく、しかも、モデルの精
度を維持することのできる連続熱間圧延機の制御装置が
得られる。
たブロック図。
ブロック図。
厚および張力と時間との関係を示した線図。
厚および張力と時間との関係を示した線図。
Claims (2)
- 【請求項1】複数のスタンドに対応してそれぞれ圧延機
駆動主電動機の速度を制御する主機速度制御装置と、ロ
ールギャップを制御するロールギャップ制御装置とを設
け、前記主機速度制御装置に対する速度指令値および前
記ロールギャップ制御装置に対するロールギャップ指令
値を、それぞれ圧延材の板厚およびスタンド間張力の干
渉系をモデル化したプロセスモデルを用いて演算する連
続熱間圧延機の制御装置であって、 前記プロセスモデルを表現する変数、圧延材の板厚目標
値、圧延材のスタンド間張力目標値、板厚およびスタン
ド間張力の応答を指定するための変数、ならびに、板厚
およびスタンド間張力の応答を調整するための変数を設
定する設定手段と、 設定された前記各変数を所定の制御ゲイン演算式に代入
して制御ゲインを数値として求める制御ゲイン演算手段
と、 演算された前記制御ゲインを用いて、板厚とスタンド間
張力との相互干渉を小さくしながら、板厚を前記板厚目
標値に、スタンド間張力を前記スタンド間張力目標値に
追随させる前記速度指令値およびロールギャップ指令値
を演算する制御演算手段と、 を備えたことを特徴とする連続熱間圧延機の制御装置。 - 【請求項2】前記連続熱間圧延機はスタンド間にルーパ
を備え、このルーパ高さを独立したルーパ高さ目標値に
追随するようにルーパ駆動電動機の速度を制御するルー
パ電動機速度制御装置を備えたことを特徴とする請求項
1記載の連続熱間圧延機の制御装置。
Priority Applications (5)
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US08/077,928 US5479803A (en) | 1992-06-19 | 1993-06-18 | Control apparatus for a continuous hot rolling mill |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ID=15733336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP (1) | JP3041135B2 (ja) |
KR (1) | KR960007487B1 (ja) |
AU (1) | AU655364B2 (ja) |
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